一个几何不等式的加强与证明

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  安振平在2011年第11期的《中学数学教育参考》(上半月刊)中给出了三十个有趣的不等式,下面是第30个不等式的加强与证明。
  第30个不等式:设[?ABC]的三边长、半周长分别为a,b,c,p,面积为△,则有不等式:[ap-acosB-C4≥23?];笔者通过探究,发现此不等式成立,并可以加强为如下命题。
  命题:设[?ABC]的三边长、半周长分别为a,b,c,p,面积为△,则有不等式:=[b+c2tanA2bc]≥4[tanA2][pp-acosB-C4]≥2[tanπ-A4+tanπ-B4+tanπ-C4][?],我们先给出如下两个引理,引理1 若[?ABC]的面积[≥23?],为[?],角A,B,C的对边分别为a,b,c则[a2cos2][B-C2]+[b2cos2A-C2]+[c2cos2A-B2]≥4[tanA2+tanB2+tanC2][?]≥[43?],证明:设ha,Wa分别为三角形BC边上的高和角平分线,那么由熟知的公式:[cosB-C2=haWa]和[Wa=2bcb+ccosA2]可得:
  [a2cos2B-C2?=a2-ha2?Wa2=4?Wa2=4b+c2·12bcsinA2bccosA22]
  那么有:[1?a2cos2B-C2+b2cos2A-C2+c2cos2A-B2]≥[4tanA2+tanB2+tanC2]≥[43]整理得[a2cos2][B-C2][b2cos2A-C2]+[c2cos2A-B2]≥[4tanA2+tanB2+tanC2]≥[43],以上过程用到了熟知的公式[tanA2+tanB2+tanC2≥3]。
  引理2:设a,b,c是[?ABC]的三边长,Δ是[?ABC]的面积,记[a1=ab+c-a,b1=ba+c-b,c1=ca+b-c。]那么a1,b1,c1可以或为一个三角形的三边长,而且它的面积Δ1等于[?ABC]的面积Δ,a1,b1,c1的对角分别为[π2-A2,π2-B2,π2-C2]。
  不等式30的加强与证明:将引理中的a、b、c、A、B、C用新的三角形的三边a1,b1,c1及三角A1、B1、C1替换得,[ap-acos2B-C4≥2tanπ-A4+tanπ-B4+tanπ-C4Δ≥23Δ],所以[ap-acosB-C4≥ap-acos2B-C4≥2tanπ-A4+tanπ-B4+tanπ-C4Δ≥23Δ],故命题成立.
  本文作者通过对原不等式的研究,发现此不等式可以进一步推广,得出更多性质,供参考。
  参考文献
  [1]黄兆麟.数学问题解答[J].数学通报,2016(3).
  [2]安宁,安振平.数学博客,一个几何不等式的证明[J].
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